王寶月 戴建新 賀寶占

(北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司京唐運行事業(yè)部，河北 唐山 063200)

1 HD2000系統(tǒng)組成

1.1 控制單元

HCU20控制單元作為變頻器的核心部件，主要為控制軟件提供硬件平臺，對內(nèi)、對外提供 I/O接口和通訊接口等。該控制單元具備矢量、V/F、伺服控制功能，能同時驅(qū)動 3 個矢量或 8 個 V/F 軸，并可實現(xiàn)6 個功率單元直接并聯(lián)。支持現(xiàn)場總線 Profibus、CANopen、DeviceNe、Profinet IO 等多種通訊協(xié)議，通過選配對應(yīng)型號的控制單元，可實現(xiàn)與固有 PLC 的無縫連接，方便替換和維護(hù)。

1.2 智能整流單元

智能整流單元 SRU采用IGBT與二極管混合封裝的功率模塊，直流電壓不可調(diào)，具有回饋功能提高電機的制動力，加快系統(tǒng)的響應(yīng)。觸發(fā)方式簡單可靠，整流和回饋電流含有較高5次、7次諧波輸入，必需配置≥ 4%的電感。

1.3 電機驅(qū)動單元

驅(qū)動單元MDU由直流母線供電，最多并聯(lián)4個相同的電機驅(qū)動單元，功率器件采用 IGBT，控制方式為雙極性 PWM。支持同步機和異步機、VF和矢量控制，輸出有du/dt濾波器，正弦波濾波器和峰值電壓抑制器等可供選擇。

1.4 輸出電感柜

電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲等作用，還有篩選信號、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用，可以抑制變頻器輸出端的諧波及限制電網(wǎng)電壓波動引起的電流沖擊，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，保障電器設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

2 整流回饋系統(tǒng)

京唐公司中厚板精軋機輥道制動頻繁，新傳動系統(tǒng)與原6SE70系統(tǒng)保持一致，采用整流+回饋的形式，節(jié)能并能提高電機的制動力，加快系統(tǒng)的響應(yīng)。

變頻器驅(qū)動負(fù)載工作時，可能會出現(xiàn)需要將能量從負(fù)載中抽出的情況，比如在電動機要剎車時，由于電動機的機械慣性，具有機械動能，這部分能量要么白白浪費，要么加以利用。能量回饋就是設(shè)法將上述機械能量轉(zhuǎn)化為電能回送電網(wǎng)，從而節(jié)能。在能量回饋過程中，電動機相當(dāng)于處于發(fā)電狀態(tài)，原來的逆變裝置現(xiàn)在則處于整流狀態(tài)，而原來的整流裝置卻被控制處于逆變狀態(tài)，從而完成將電動機的機械動能回饋電網(wǎng)。

禾望智能整流單元能夠?qū)⒔涣麟娋W(wǎng)的電能變換為直流(整流)，并在需要的時候進(jìn)行逆變運行回饋能量的功率電路，以及控制電路等部分。

3 逆變系統(tǒng)控制

中厚板精軋機輥道傳動系統(tǒng)由一臺控制單元控制兩臺逆變器拖動整組輥道，給定選擇為速度控制模式，電機選擇為無編碼器的開環(huán)矢量控制。通過 I1-45.01 電機參數(shù)辨識模式選擇可以進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)優(yōu)化。通過 I1-45.03 可以查看電機參數(shù)辨識狀態(tài)，如果電機參數(shù)辨識過程中出現(xiàn)故障，可重新進(jìn)行電機參數(shù)辨識，直到電機參數(shù)辨識完成。電機參數(shù)辨識前必須確保輸入正確的電機銘牌參數(shù)，HD2000系統(tǒng)支持2組電機參數(shù)設(shè)置，通過I-46.02切換組別，可一臺變頻器驅(qū)動2組電機。

矢量控制模式的速度調(diào)節(jié)器支持手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)，可以通過功能碼 Ix-57.30 速度環(huán)自動響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ix-57.30=1～100，實際的 Kp 和 Ki 根據(jù)當(dāng)前的電機參數(shù)、電機速度和電機轉(zhuǎn)矩進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，該系數(shù)越大，速度環(huán)響應(yīng)越快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；該系數(shù)越小，速度環(huán)響應(yīng)越低，但系統(tǒng)穩(wěn)定性好。精軋機輥道在運行過程中會出現(xiàn)速度變化波動異?，F(xiàn)象，當(dāng)時我們手動定義速度控制器的比例增益KP，波動大時減小KP。在選定KP后保持橫恒定，調(diào)節(jié)KI積分時間KI越短，連續(xù)偏差值的校正就越快，但是如果太短，就會造成控制不穩(wěn)定，根據(jù)實際情況對比波形圖合理優(yōu)化速度調(diào)節(jié)器后，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差和減小超調(diào)，確保電機的平穩(wěn)運行。

4 Profibus DP 通訊

HD2000系統(tǒng)使用 6SE70 模塊的協(xié)議屬性，從站地址設(shè)定S-20.01分別為45、46、47與原地址保持一致，確保切換操作后正常通訊。兩套設(shè)備站地址相同，只需斷開西門子或禾望控制柜電源，即可完成兩套設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)切換?？刂茊卧默F(xiàn)場大小端模式必須與上位機相匹配，原上位機為大端模式故S-20.12設(shè)置為1：MSB-大端模式?，F(xiàn)場總線發(fā)送字S-20.08、現(xiàn)場總線接收字S-20.09分別對應(yīng)原系統(tǒng)設(shè)置為6個字。需要注意若 S-20.01現(xiàn)場總線通訊協(xié)議、S-20.02現(xiàn)場總線通訊從站、S-25.01現(xiàn)場總線通訊幀格式、S-25.03現(xiàn)場總線發(fā)送字?jǐn)?shù)、S-25.04現(xiàn)場總線接收字?jǐn)?shù)，這些配置參數(shù)變更后，需要將 S-20.14現(xiàn)場總線模塊復(fù)位置1，配置才能生效。

5 系統(tǒng)的安全設(shè)計

(1)可靠接地系統(tǒng)。HD2000系統(tǒng)設(shè)計了可靠的接地系統(tǒng)，建立了標(biāo)準(zhǔn)的接地基準(zhǔn)電位(地)，所有模塊機架和負(fù)載電流回路與公共的基準(zhǔn)電位連接，從而確保由于電纜敷設(shè)不合理或設(shè)備安裝不當(dāng)產(chǎn)生的干擾電流能盡快分流掉，從而防止了由于干擾所帶來的通訊故障。

(2)確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離。由于傳動系統(tǒng)需要較大的電功率，因此動力電纜常常輸送高電壓和大電流。如果這種電力電纜長距離與通訊電纜并行敷設(shè)，則在網(wǎng)絡(luò)電纜上會產(chǎn)生電容性和電感性干擾，從而擾動網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。為避免這種干擾，在設(shè)計和施工時，必須確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離，盡可能把電力電纜和通訊電纜分別敷設(shè)在相互隔離的電纜橋架上。

6 結(jié)語

禾望傳動設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便、價格低廉。經(jīng)濟效益分析表明新設(shè)備為產(chǎn)線提高產(chǎn)量，減少故障節(jié)約成本顯著。符合產(chǎn)線要求，隨著產(chǎn)量的提高，經(jīng)濟效益大幅增長，禾望產(chǎn)品將會有極廣闊的推廣應(yīng)用前景。